موتورهای دوگانه سوز در بارهای جزئی دارای مخلوط سوخت و هوای خیلی فقیر می باشند و از این رو مقادیر آلاینده های خروجی این موتور ها (co,uhc) در شرایط فوق الذکر بالا می باشد.همچنین بازده حرارتی موتورهای دوگانه سوزدر بارهای جزئی پایین می باشد.اعمال egrبه بار ورودی موتور می تواند مخلوط سوخت و هوای ورودی به موتور را غنی نموده و به تبع آن پارامترهای عملکردی و آلایندگی اصلاح می‏گردند. از سوی دیگر اعمال egrبا درصدهای بالا می تواند بازده حجمی موتور را تحت تاثیر قراردهد و در نتیجه آن پارامترهای عملکردی و آلایندگی موتور های دوگانه سوز بدتر شوند. در نتیجه egrدر موتورهای دوگانه سوز باید به میزان بهینه مورد استفاده قرار گیرد. در این راستا،آنالیز قانون دوم ترمودینامیک می تواند در تعیین مقدار egr بهینه در موتور های دوگانه سوز مورد استفاده قرار گیرد،تا هم بتوان به پارامترهای عملکردی و هم به پارامترهای آلایندگی مناسب در شرایط بارهای جزئی دست یافت. به همین منظور در این کار ابتدا یک مدل چند منطقه ای برای مدل سازی فرآیند احتراق موتورهای دوگانه سوز توسعه یافت و به دنبال آن روابط حاکم بر قانون دوم ترمودینامیک بر این مدل اعمال گردید. همچنین فرآیند مکش و تخلیه نیز مدل سازی شد و در نهایت مقادیر مختلف egrبه این مدل در شرایط بار های جزئی اعمال شد و تأثیر اعمال egr بر پارامترهای عملکردی و آلایندگی مورد بررسی قرار گرفت.و در نهایت برای صحه گذاری بر نتایج مدل از کارهای تجربی موجود در آزمایشگاه ماشین های حرارتی استفاده گردید

در این پایان نامه یک مدل ترمودینامیکی دو ناحیه ای برای بررسی فرآیند احتراق در یک موتور احتراق داخلی مجهز به محیط متخلخل استفاده شده است. یک برنامه کامپیوتری در محیط فرترن نوشته شده و با سابروتین های chemkin ii کوپل شده است. در این راستا یک مکانیزم سینتیک شیمیایی برای برای شبیه سازی شیمیایی به کار برده شده است که می تواند زمان بندی اشتعال، نرخ احتراق و مقدار آلاینده های co , hc و nox را به صورت مطلوبی پیش بینی کند. نتایج بدست آمده از این مدلسازی نشان می دهد که با استفاده از محیط متخلخل دمای بیشینه سیکل کاری موتور کاهش می یابد که باعث کاهش انتشار آلاینده ها می شود. به علاوه به دلیل بازیابی انرژی در محیط متخلخل مخلوط سوخت و هوای فقیر به راحتی مشتعل می شود که همین امر باعث کاهش مصرف سوخت می شود. عملکرد محیط متخلخل از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مقدار انتقال اگزرژی در اثر انتقال حرارت به دیواره و همچنین برگشت ناپذیری با استفاده از بالانس اگزرژی درون محفظه احتراق به دست آماده است. نتیجه حاصل شده نشان میدهد که اگزرژی منتقل شده به محیط متخلخل در حدود2.31% مقدار اگزژی منتقل شده در اثر گرمای تلف شده از دیواره و 0.4% مقدار برگشت ناپذیری می باشد.

در این رساله برای اولین بار، مشخصه های دوبعدی از معادلات حاکم بر جریان (معادله پیوستگی همراه با تراکم‏پذیری مصنوعی، معادلات اندازه حرکت و معادله انرژی) استخراج شده‏ و معادلات سازگاری روی خطوط مشخصه تعیین شدند. سپس معادلات به دست آمده گسسته‏سازی شده و روش جدید پایه‏مشخصه‏ای برای تعیین جمله‏های همرفت در جریانهای دوبعدی ایجاد شد. سپس روش به دست آمده برای جریانهای سه بعدی تعمیم داده شد و معادلات سازگاری روی خطوط مشخصه متناظر آنها، برای جریان های سه بعدی نیز تعیین شد. برای بررسی کارایی روش جدید، شبیه سازی همرفت اجباری و ترکیبی برای سه جریان محک (جریان بین دو صفحه موازی، جریان درون حفره مربعی، جریان صلیبی روی استوانه) برای گستره بزرگی از اعداد رینولدز، گراشف، پرانتل و اکرت انجام شد. در این شبیه سازیها جمله‏های همرفت با دو روش میانگین‏گیری و روش پیشنهادی پایه مشخصه جدید محاسبه شدند. نتایج به دست آمده از دو روش از نظر دقت و سرعت همگرایی با هم مقایسه شده‏اند. برای گسسته‏سازی زمانی از روش رانگ-کوتای مرتبه پنج و برای محاسبه جمله‏های لزج از سلول ثانویه و میانگین‏گیری معمولی استفاده شده است. نتایج به‏دست آمده از هر دو روش با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده‏اند. همچنین تاثیر پارامتر تراکم‏پذیری مصنوعی روی سرعت همگرایی و دقت روش پیشنهادی بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان می‏دهد پارامتر تراکم‏پذیری مصنوعی تاثیری روی دقت نتایج ندارد.